一種具有雙光路雙目鏡頭的硬管式內窺鏡的制作方法
【專利摘要】發明公開了一種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，基于目前醫療內窺鏡領域硬管式內窺鏡基本都為單光路單鏡頭，而3D成像系統則是基于雙光路及視差原理進行設計，無法直接應用只能提供一套光路的單鏡頭內窺鏡設備。構想在現有的硬管式內窺鏡內加入一套光學系統，形成一種能直接應用于3D成像系統的雙光路硬管式內窺鏡。雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡包括硬管鏡管、導光束接口、物鏡、轉像系統、導光纖維、雙路分光棱鏡及目鏡組成。通過分光棱鏡將一副圖像分成兩幅具有視差的兩幅平行圖像，將圖像信號傳送到外接的3D成像系統雙CCD芯片上，輸出高清視頻信號具有3D接受功能的顯示器上形成立體動態圖像，使手術變的更加簡單、精確、快速。
【專利說明】-種具有雙光路雙目鏡頭的硬管式內窺鏡

【技術領域】
[0001] 本發明涉及在醫療內窺鏡領域一種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡。

【背景技術】
[0002] 目前醫療內窺鏡領域硬管式內窺鏡基本都為單光路單鏡頭，而3D成像系統則是 基于雙光路及視差原理進行設計，無法直接應用只能提供一套光路的單鏡頭內窺鏡設備。 并且單鏡頭內窺鏡的光學成像系統，使3D系統采集到的圖像立體感和空間感不強，不利于 3D成像技術的普及和應用。


【發明內容】

[0003] 為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種專供3D立體內窺鏡攝像系統 使用的雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡。
[0004] 本發明是基于不改變醫療內窺鏡領域目前所使用的現有單光路硬管式內窺鏡基 本結構，通過在單鏡頭內窺鏡光學成像系統中提供一套分光棱鏡的折射裝置，從而得到兩 幅具有視差圖像的立體成像效果。
[0005] 本發明公開了基于單光路內窺鏡硬管鏡管、導光束接口和光學成像系統的一種雙 光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡。如圖1所示，其特征在于：所述雙光路雙目鏡內窺鏡包括單 鏡頭內窺鏡硬管鏡管結構，一導光束接口及一套光學成像系統；光學成像系統設置于硬管 鏡管內，由物鏡、轉像系統、導光纖維、雙路分光棱鏡及目鏡五部分組成。物鏡在鏡管一端， 起成像作用；物鏡采用的是自聚焦透鏡，它是圓柱形透徑，外徑可小到011mm，數值孔徑可 大于016,聚焦光斑可小于1 μ m，特別適用于2_以下內腔體的觀察，成像分辨率高，不用調 焦，結構簡單。用自聚焦透鏡成像，可以實現"傳光"、"傳像"通道并為一個通道的光學設計， 使鏡體外徑進一步縮小，而且容易安裝。轉像系統選用HOPKINS棒狀鏡，棒狀鏡直徑和長度 之比約為1 : 25,每一個棒狀鏡由數個透鏡膠合而成，兩個棒狀鏡安排成對稱狀態組成一 組中轉系統，整個轉像系統則由3?7組中轉系統所組成。棒狀鏡可以減少光損失，使鏡管 內通光量增加，視場大，成像質量高。光導纖維是把若干導光纖維單絲規則排列在一起，呈 環形均勻分布在硬管鏡管的內、外壁之間，負責照明；導光纖維是應用全反射原理而能傳導 光線的化學纖維，光導纖維的頭端密封于物鏡的端面，尾端接在導光束接頭內側。雙路分光 棱鏡采用鍍膜的K9光學玻璃，其光學系數為1. 5163,色散為0. 00806,阿貝數是64. 06,是一 種無鉛玻璃，主要作用是改變光的傳播方向。分光棱鏡的光射入單面與工作鏡管的另一端 連接，分光后的射出光面分別與兩個目鏡連接，通過目鏡部分與外部3D內窺鏡攝像系統連 接。目鏡采用在表面鍍膜的膠合雙薄透鏡，利用透鏡上的薄膜來改正目鏡的元素，提高影像 的清晰度，還可以改變通過透鏡的光線折射來減少反射和散射。導光束接口連接提供外部 光源的導光束。
[0006] 本發明的實施是這樣實現的，一種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡。如圖2所示，包 括：一單鏡頭內窺鏡硬管鏡管、一導光束接口和一套光學成像系統。導光束接口與提供外 部光源的導光束相接，導光束傳入的光通過導光纖維傳導并通過內鏡底部裝有的物鏡，照 射于物體的表面上，這些照射到物體表面上的光即被反射，成像物鏡采集這些反射光線形 成圖像，并經過轉像系統、傳入雙路分光棱鏡入射單光面，進入雙面分光棱鏡的成像光線在 棱鏡內進行折射后從分光棱鏡射出光面分兩路平行光射出，兩束平行成像光線分別透過雙 目鏡后傳遞到外接的3D攝像系統的兩組CCD芯片上，雙光路分光棱鏡的兩射出光面的中心 距為F2 = 22mm(如圖2所示），雙目鏡雙目的中心距F1與雙光路分光棱鏡兩邊的中心距 相等，與連接的3D內窺鏡攝像系統的兩組(XD芯片的中心距F3而準確對應，即FI = F2 = F3。兩組C⑶芯片接受同一幅圖像的光信號后進行光電轉換再經過3D攝像系統各處理器 的處理合成后，輸出一個信號給到具有3D接受功能的顯示器上形成3D立體圖像。
[0007] -種雙光路雙目鏡硬管式內窺鏡，進一步包括：雙光路分光棱鏡，本發明如前所述 是選用單鏡頭硬管式內窺鏡結構為基礎，我們通過在單鏡頭內窺鏡工作鏡管一端放置一雙 光路分光棱鏡，另一端分出兩路平行光給雙目鏡鏡頭，這個雙光路分光棱鏡兩邊的中心距 為F2 = 22mm(如圖2所示），或18mm，或20mm，等等等·上述距離主要依據與內窺鏡所接 3D攝像系統接口的兩組(XD芯片的中心距而準確對應。進入分光棱鏡的一束入射光在分光 棱鏡內進行折射后從分成兩束平行光射出，入射光與兩束射出光為平行光，射出的兩束光 的圖像相差1-3°角，即兩處圖像相差1-3°角位平行位移。一副圖像經過分光棱鏡的折射 后變成兩幅具有視差的圖像，這樣兩個目鏡分別接受同一個內窺鏡傳出的具有視差的成像 光線，把有視差的雙路光信號成像到外接的3D攝像系統的雙CCD芯片上。雙光路分光棱鏡 結構如圖2所示。
[0008] -種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，進一步包括：所述分光棱鏡的兩束出射光與 一束入射光平行且圖像相差為Γ、2°、3°角。
[0009] -種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，進一步包括：所述單鏡頭內窺鏡包括：腹腔 鏡、鼻內窺鏡、膀胱鏡、宮腔鏡、胸腔鏡、關節鏡、腦室鏡、電切鏡或其他常用醫療單鏡頭單管 道硬管式內窺鏡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡結構圖
[0011] 圖2是雙光路分光棱鏡結構示意圖
[0012] F1是雙目鏡頭中心距
[0013] F2是雙路分光棱鏡中心距
[0014] F3是雙攝像機(XD中心距
[0015] 1棱鏡2鏡管3棒狀鏡4物鏡5導光束接口 6目鏡7導光纖維

【具體實施方式】
[0016] 為了使本發明的目的、技術方案以及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例， 對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0017] 如圖2所示，一種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，包括：一單鏡頭內窺鏡硬管工作 鏡管、一導光束接口和一套光學成像系統。導光束傳入的光通過導光纖維傳導并通過內鏡 底部裝有的物鏡，照射于物體的表面上，這些照射到物體表面上的光即被反射，成像物鏡采 集這些反射光線形成圖像，并經過轉像系統，傳入雙路分光棱鏡入射單光面，進入雙面分光 棱鏡的成像光線在棱鏡內進行折射后從分光棱鏡射出光面分兩路平行光射出，兩束成像光 線分別透過雙目鏡后傳遞到外接的3D攝像系統的兩組(XD芯片上，雙光路分光棱鏡兩邊的 中心距為F2 = 22mm(如圖2所示），雙目鏡雙目的中心距F1與雙光路分光棱鏡兩邊的中心 距相等，與連接的3D內窺鏡攝像系統的兩組(XD芯片的中心距F3而準確對應，即FI = F2 =F3。兩組C⑶芯片接受同一幅圖像的光信號后進行光電轉換再經過3D攝像系統各處理 器的處理合成后，輸出一個信號給到具有3D接受功能的顯示器上形成3D立體圖像。
[0018] 雙光路分光棱鏡，本發明如前所述是選用單鏡頭內窺鏡結構為基礎，我們通過在 單鏡頭內窺鏡工作鏡管一端放置一雙光路分光棱鏡，另一端分出兩路光給雙目鏡鏡頭，兩 路平行光透過雙目鏡頭傳到給C⑶芯片，這個雙光路分光棱鏡兩頭中心距為F2 = 22mm，可 以是18mm，也可以是20mm，這主要看兩個C⑶芯片中心距。但是最主要的分光棱鏡，射出的 兩束光的圖像相差1-3°角，即兩處圖像相差1-3°角位平行位移。這樣兩個C⑶芯片在接 受同一個內窺鏡傳出的具有視差的圖像進行光電轉化并經處理系統后傳遞到3D顯示器上 是一個有1-3°位移的不重合圖像。
[0019] 本發明是基于單鏡頭內窺鏡結構將反射出的一幅圖像通過具有1-3°相位移的 雙路分光棱鏡，分成兩幅相差1-3°角位移的圖像后通過雙目鏡片傳輸到外接攝像頭的雙 (XD芯片上，經過3D內窺鏡攝像系統的處理轉換后輸出信號到3D顯示器中，通過立體眼鏡 偏振光看到3D動態圖像。
[0020] 本發明具有如下優點和技術效果：
[0021] 本發明基于雙目立體視覺原理，遵循人眼觀察物體的客觀規律，模擬制造出與實 際物體最相似的光學條件，最大滿足3D內窺鏡攝像系統實施所需的圖像要求，因而得以實 現最佳立體圖像視覺；對現階段應用的內窺鏡只做很小的改變，就能直接應用到3D攝像系 統中，不用外接任何中間連接設備，減少圖像轉換損失，滿足臨床手術對3D圖像的需要，使 臨床手術更加快捷、精準、縮短手術時間，進一步推動3D攝像技術在微創醫學領域的推廣 和發展。
【權利要求】
1. 一種雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，其特征在于：內窺鏡包括目鏡、雙路分光棱鏡、 導光纖維、轉像系統、物鏡、導光束接口、硬管鏡管；具體的 物鏡組設置于鏡管一端，起成像作用；采用的是自聚焦透鏡，它是圓柱形透徑，外徑可 小到011mm，數值孔徑可大于016,聚焦光斑可小于1 μ m，特別適用于2mm以下內腔體的觀 察，成像分辨率高，不用調焦，結構簡單。用自聚焦透鏡成像，可以實現"傳光"、"傳像"通道 并為一個通道的光學設計，使鏡體外徑進一步縮小，而且容易安裝； 轉像系統設置于物鏡組與雙路分光棱鏡之間，選用HOPKINS棒狀鏡，棒狀鏡直徑和長 度之比約為1 : 25,每一個棒狀鏡由數個透鏡膠合而成，兩個棒狀鏡安排成對稱狀態組成 一組中轉系統，整個轉像系統則由3?7組中轉系統所組成。棒狀鏡可以減少光損失，使鏡 管內通光量增加，視場大,成像質量高； 導光纖維束是把若干導光纖維單絲規則排列在一起，呈環形均勻分布在硬管鏡管的 內、外壁之間，起照明作用；導光纖維是應用全反射原理而能傳導光線的化學纖維，導光纖 維絲束的頭端密封于物鏡的端面，尾端接在導光束接頭內側； 雙路分光棱鏡采用鍍膜的K9光學玻璃，其光學系數為1. 5163,色散為0. 00806,阿貝數 是64. 06,是一種無鉛玻璃，主要作用是改變光的傳播方向。分光棱鏡的光射入單面與工作 鏡管的另一端連接，分光后的射出光面分別與兩個目鏡連接，通過目鏡部分與外部攝像系 統連接； 目鏡采用在表面鍍膜的膠合雙薄透鏡，利用透鏡上的薄膜來改正目鏡的元素，提高影 像的清晰度，還可以改變通過透鏡的光線折射來減少反射和散射； 導光束接口連接提供外部光源的導光束； 導光束接口與提供外部光源的導光束相接，導光束傳入的光通過導光纖維傳導并通過 內鏡底部裝有的物鏡，照射于物體的表面上，這些照射到物體表面上的光即被反射，成像物 鏡采集這些反射光線形成圖像，并經過轉像系統、傳入雙路分光棱鏡入射單光面，進入雙面 分光棱鏡的成像光線在棱鏡內進行折射后從分光棱鏡射出光面分兩路平行光射出，兩束平 行成像光線分別透過雙目鏡后傳遞到外接的3D攝像系統上。
2. 根據權利要求1所述的雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，所述攝像系統為3D攝像系 統。
3. 根據權利要求1所述的雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，所述分光棱鏡的兩束出射光 與一束入射光平行并且圖像相差為Γ、2°或3°角。
4. 根據權利要求1所述的雙光路雙目鏡頭硬管式內窺鏡，所述單鏡頭內窺鏡可以為： 腹腔鏡、鼻內窺鏡、膀胱鏡、宮腔鏡、胸腔鏡、關節鏡、腦室鏡、電切鏡或其他常用醫療單鏡頭 單管道硬管式內窺鏡。
【文檔編號】A61B1/07GK104107026SQ201410081197
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】董國慶 申請人:董國慶